Строение литосферы Черного моря по результатам 3D гравитационного анализа и сейсмической томографии

Abstract

Для вивчення будови літосфери Чорного моря виконано 3D гравітаційний аналіз і локальну сейсмічну томографію. За допомогою гравітаційного аналізу виділено гравітаційні ефекти різних шарів і поверхів моделі (морської води, чотирьох шарів в осадах, консолідованої частини кори) і отримано залишкові гравітаційні аномалії мантійної природи. Довгохвильова компонента цих аномалій формує велику зону додатних значень незначної амплітуди, що свідчить про добру ізостатичну урівноваженість глибинних структур Чорного моря. Швидкісну будову літосферної мантії Чорного моря (до глибини 85 км) вивчено локальною сейсмічною томографією, яка використовує часи пробігу P-хвиль від землетрусів, що сталися усередині регіону і зареєстровані мережею сейсмічних станцій навколо Чорного моря. Результати сейсмотомографічного дослідження вказують на неоднорідну будову верхньої мантії Чорного моря з домінуванням зон підвищених швидкостей у західній і східній частинах моря. Комплексування двох методів, гравітаційного аналізу і сейсмічної томографії, виконано за розрахунком гравітаційного впливу верхньомантійних неоднорідностей, отриманих сейсмічною томографією. Узгодженість знака і порядку величини аномального мантійного гравітаційного поля, отриманого вказаними двома незалежними методами, дає змогу зробити висновок щодо наявності досить жорсткої континентальної літосфери під Чорним морем.

3D gravity analysis and local seismic tomography have been performed to study the lithosphere structure of the Black Sea. Due to gravity analysis gravity effects of different layers and levels of the model (sea water, four layers in sediments, consolidated crust) have been distinguished and residual gravity anomalies of mantle origin have been obtained. Long-wave component of these anomalies forms the vast area of positive values with small amplitude that indicates good isostatic balance of deep structures of the Black Sea. Velocity structure of lithospheric mantle of the Black Sea (down to the depth of 85 km) was studied by local seismic tomography which used travel times of P-waves from the earthquakes occurred inside the region and recorded by a net of seismic stations around the Black Sea. Results of seismic tomography study indicate heterogeneous structure of the upper mantle of the Black Sea with dominant areas of increased velocities in the western and eastern parts of the sea. Joining of two methods — gravity analysis and seismic tomography has been carried out by calculation of gravity effect of the upper mantle heterogeneities obtained by seismic tomography. Correspondence of the sign and order of magnitude of anomalous mantle gravity field obtained by two mentioned independent methods gives us an opportunity to conclude on the presence of sufficiently rigid continental lithosphere under the Black Sea.

Для изучения строения литосферы Черного моря выполнены 3D гравитационный анализ и локальная сейсмическая томография. С помощью гравитационного анализа выделены гравитационные эффекты различных слоев и этажей модели (морской воды, четырех слоев в осадках, консолидированной части коры) и получены остаточные гравитационные аномалии мантийной природы. Длинноволновая компонента этих аномалий формирует обширную область положительных значений небольшой амплитуды, что свидетельствует о хорошей изостатической уравновешенности глубинных структур Черного моря. Скоростное строение литосферной мантии Черного моря (до глубины 85 км) изучалось локальной сейсмической томографией, использующей времена пробега P-волн от землетрясений, произошедших внутри региона и зарегистрированных сетью сейсмических станций вокруг Черного моря. Результаты сейсмотомографического исследования указывают на неоднородное строение верхней мантии Черного моря с доминированием областей повышенных скоростей в западной и восточной частях моря. Комплексирование двух методов, гравитационного анализа и сейсмической томографии, выполнено путем расчета гравитационного влияния верхнемантийных неоднородностей, полученных сейсмической томографией. Согласованность знака и порядка величины аномального мантийного гравитационного поля, полученного указанными двумя независимыми методами, позволяет сделать вывод о наличии достаточно жесткой континентальной литосферы под Черным морем.